DE2905553A1

DE2905553A1 - Gleichstrom-lichtbogenofen

Info

Publication number: DE2905553A1
Application number: DE19792905553
Authority: DE
Inventors: Sven-Einar Dipl Ing Stenkvist
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1978-02-28
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1979-09-06
Also published as: GB2017463A; FR2418433A1; JPS54126612A; DE2905553C2; US4228314A; FR2418433B1; JPS6128914B2; SE410654B; GB2017463B; SE7802240L

Description

Gleichstrom-Lichtbogenofen

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1» Die bekannten Bodenkontakte bei derartigen Öfen bestehen im allgemeinen aus metallischen, in Stampfmasse eingebetteten Leitern oder Elektroden, die durch die Hitze der Ofencharge teilweise schmelzen, wobei diesem Schmelzen durch Kühlung des Bodenkontaktteils entgegen gewirkt werden muß.

Mit Rücksicht auf die Gefahr eines Durchbruchs der Schmelze hat man es bisher vielfach vermieden, den Bodenkontakt zentral unter dem Boden anzuordnen. Andererseits ist eine zentrale Anordnung des Bodenkontaktes unter dem Ofengefäß günstig, "weil bei einer nicht zentralen Einführung des Ofenstromes in die Charge sich der Lichtbogen schräg stellt, wodurch die Gefahr eines ungleichmäßigen Verschleißes der Ofenauskleidung,eines Gewölbedurchbruches und anderer unerwünschter Erscheinungen besteht.

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Man hat versucht, die aufgezeigten widerstreitenden Probleme durch verschiedene Bodenkontaktkonstruktionen zu lösen. Unter anderem ist ein Ofen mit zentral angeordnetem Bodenkontakt bekannt, der aus einem metallischen Gitter besteht, das in Kohlenstoff enthaltendes Material eingebettet ist, welches von feuerbeständigem Material umgeben ist, das in warmen Zustand leitend ist. Hierbei erhält man einen geraden Lichtbogen, doch besteht die Gefahr eines Schmelzendurchbruchs an der Bodenkontaktelektrode. Es ist auch bekannt, in der Mitte des Ofenbodens mehrere vertikale Flachelektroden anzubringen, die untereinander mit feuerbeständiger Masse isoliert sind. Auch hierbei enthält man einen im wesentlichen geraden Lichtbogen, doch bleibt die Gefahr eines Schmelzendurchbruchs bestehen.

Man hat auch Versuche mit zentralen Graphitelektroden im Boden gemacht, die ihrerseits Kontakt mit metallinfiltrierten Grundrahmen haben, doch läßt sich auch mit dieser Konstruktion die Gefahr eines Schmelzendurchbruches und/oder eines schlechten Kontaktes am Bodenkontakt nicht vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Lichtbogenofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem sowohl eine Schrägstellung des Lichtbogens wie auch die Gefahr eines Schmelzendurchbruches im wesentlichen beseitigt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Gleichstrom-Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei den metallischen Elementen in der Bodenstampfmasse kann es sich beispielsweise um Stangen aus Stahl handeln, die durch die Bodenstampfmasse hindurch auf die Kohlenstoffziegel hinuntergetrieben werden. Hierdurch erhält man eine.gleichmäßige Verteilung des Ofenstroms über einen großen Teil der Bodenfläche. Der Lichtbogen stellt sich nicht schräg, und die Gefahr eines Durchbruchs aufgrund des Aufbaus des Bodenkontaktes ist relativ klein. Während des Betriebs wird die Stampfmassenschicht von der Ofenschmelze, beispielsweise Stahl, infiltriert, wobei die genannten Stahlstangen die Stellen bestimmen, an denen diese Infiltration stattfindet, so daß eine gesteuerte und gleichmäßig verteilte Infiltration erfolgt. Die auf diese Weise vorbereitete Stampfmasse wird danach ein guter Stromleiter mit bedeutender Ausdehnung um den zentralen Bereich und auf die angrenzenden Bereiche. Die Bodenkontaktanordnung gemäß der Erfindung kann einerseits bei Schmelzofen mit massiver Elektrode und andererseits bei Raffinierungs- oder Reduktionsofen verwendet werden, bei denen beispielsweise eisenoxydhaltiges Material, wie Schlich mit Koks und Kalk, zentral durch eine hohle Elektrode zugeführt wird, eventuell zusammen mit Gas zur Erzeugung einer Ejektorwirkung für die Zufuhr oder zwecks Reaktion mit dem Ofeninhalt. Die Stampfmasse kann in üblicher Weise aus Quarzit oder Dolomit oder Aluminium- oder Magnesiumoxyd bestehen, und bei dem Eindringen der Schmelze, beispielsweise Stahl, in die Masse wird eine gute

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Leitung des Ofenstromes durch diese Bodenschicht über eine bedeutende Fläche der Bodenschicht, erzielt, wobei das Zentrum dieser Fläche ungefähr in der Ofenmitte liegt. Die elektrisch leitenden Ziegel, beispielsweise Kohlenstoffziegel, tragen ihrerseits die Bodenstampfmasse und leiten gleichzeitig den Strom. Man erzielt eine weitflächige Verteilung des Stromes über einen großen Teil der Bodenfläche. Der Strom fließt dann weiter zu einer außerhalb der Ziegel angeordneten metallischen Platte, die aus Kupfer oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung besteht und die sich erheblich unterhalb des Bodens ausdehnt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann diese Platte den Boden völlig abdecken. Die Platte wird an den positiven Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen, und zwar entweder an einer oder an mehreren Stellen, beispielsweise an diametral gegenüberliegenden Punkten des Ofens.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zwischen der Stampfmassenschicht und den Ziegeln eine Graphitmasse, Kohlenstoffmasse oder eine andere leitende plastische Masse angebracht, wobei die durch die Stampfmasse hindurchgehenden Nägel oder Stangen aus Metall beispielsweise in die Graphitmasse eindringen und zusammen mit dieser einen gut leitenden Übergang für den Ofenstrom bilden. Man kann hierdurch also bloße Punktkontakte zwischen den Stahlstangen und den Kohlenstoffziegeln vermeiden.

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Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

Das Ofengefäß 1 ist mit dem üblichen Mantel oder Futter 2 aus metallischem Material umgeben.In dem gezeigten Fall wird eine als Kathode geschaltete Elektrode verwendet. Natürlich kann der Ofen auch mit 2, 3 oder noch mehr Elektroden betrieben werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 3 hohl, d.h. der Ofen ist für Reduktionszwecke vorgesehen, doch kann die Erfindung genausogut bei einem Schmelzofen mit massiver Elektrode, normalerweise einer Graphitelektrode, die als Kathode geschaltet ist, angewendet werden. In dem Reduktionsfall wird durch den zentralen Kanal 4 der Elektrode Schlich, beispielsweise bei der Roheisenherstellung, mit Koks und Kalk zugeführt, und unter der Elektrode entsteht auf übliche Weise ein nicht dargestellter Elektrodenfleck, d.h. eine schlackenfreie Schmelzenfläche. Der Ofen ist in üblicher Weise mit einer Gießschnauze und einem Schlackenloch 6 versehen. Unter dem Ofengefäß ist ein Bodenkontakt angebracht, der in seinem Ausgangszustand aus mehreren Nägeln oder Stangen 7 aus Metall besteht, die durch eine Schicht 8 aus Stampfmasse hindurchgehen. Die durchgehenden Stangen oder Nägel 7 dringen in eine Graphitschicht 9 ein, die an der Grenzfläche zwischen" der Stampfmassenschicht 8 und elektrisch leitenden Ziegeln 10, beispielsweise Kohlenstoffziegeln, welche die Stampfmassenschicht tragen, vorhanden ist. Die Nägel oder Stangen 7 dringen somit in die Graphitmasse 9 ein und bilden mit dieser und damit auch mit den elektrisch leitenden Koh-

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lenstoffziegeln 10 einen guten elektrischen Kontakt. Die Kohlenstoffziegel sind in mehreren Schichten angeordnet und werden von einer metallischen Platte 11, beispielsweise aus Kupfer oder Stahl, abgeschlossen, die eine bedeutende Ausdehnung längs des Ofenbodens hat. Die Platte 11 kann beispielsweise den ganzen Boden bedecken. Sie ist mit Anschlußkontakten 11', 12 versehen, die an den positiven Pol der Gleichstromquelle angeschlossen werden. Statt zweier Kontakte 11', 12 genügt auch ein einziger Kontakt. Durch die Art und die Ausdehnung des Bodenkontaktes wird erreicht, daß sich der Ofenstrom über einen großen Teil des Bodens, der um die Mitte des Ofens liegt, verteilt. Dadurch wird eine Schrägstellung des Lichtbogens 13 im wesentlichen verhindert. Die Bodenkontaktplatte hat eine Luftkühlung 14, eine Flüssigkeitskühlung oder beides. Hierdurch erreicht man, daß die Temperatur der Bodenkontaktplatte möglichst niedrig gehalten

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wird und" keinen Schaden durch die Hitze des Ofens nimmt.

Bei Betrieb des Ofens dringt die beispielsweise aus Roheisen oder Stahl bestehende Ofenschmelze 15 über die Nägel .oder Stangen in die Stampfmassenschicht ein. Die Nägel und die Stangen 7 bestimmen somit die Stellen, an denen später beim Betrieb des Ofens die Stahlschmelze in die Stampfmassenschicht 8 eindringt. Die Stampfmassenschicht 8 wird somit über einen großen Teil ihrer Fläche zusammen mit den unter ihr angeordneten elektrischen Ziegeln und der unter den Ziegeln angeordneten metallischen Platte elektrisch leitend. Es können auch mehr als eine metallische Platte vorhanden sein.

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Über eine Absaugöffnung 16 können die Abgase während des Proszesses abgeführt werden.

Die Bodenplatte 11 soll so angeordnet werden, daß sie weder mit dem Ofenmantel 2 noch mit Teilen der Ofenauskleidung seitlich der Stampfmassenschicht 8 und der Ziegel 10 elektrischen Kontakt hat»

Der oben beschriebene Lichtbogenofen kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise" variiert werden.

Ein anderes geeignetes Material für die elektrisch leitenden Ziegel 10 ist ein solches, das einen beträchtlichen Teil Graphit enthält, wie beispielsweise Magnesit-Graphitziegel mit ca. 20 % Graphit.

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Claims

Patentansprüche

1. Gleichstrom-Lichtbogenofen mit mindestens einer als Kathode zu schaltenden Elektrode und mindestens einem Bodenkontakt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenkontakt aus einer den Boden des Ofengefäßes bildenden Stampfmasse (8) besteht ₉ die metallische

Elemente (7) enthält und die von elektrisch leitenden Ziegeln (10), \oder Ziegel_p die eins beträchtliche Menge Graphit enthalten/

z.Bo Kohlenstoff ziegeln^ getragen wird;, unter denen mindestens eine metallische Platte (11) oder ein anderes Metallelement mit einer bedeutenden Ausdehnung über den Boden angeordnet ist, die an den positiven Pol der Gleichstromquelle anzuschließen ist«

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Platte (11) gegenüber dem Ofengefäß seitlich der elektrisch leitenden Ziegel und gegenüber dem Mantel des Gefäßes isoliert ist-

3ο Ofen nach Anspruch 1 oder 2,'dadurch gekennzeichnet, daß die Stampfmassenschicht (8) am Ofenboden durchgehende Nägel oder Stangen (7) aus Stahl oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung enthält.

4c Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nägel oder Stangen (7) die Stellen bestimmen, an denen später beim Betrieb des Ofens die Schmelze in die Stampfmassenschicht eindringt ο

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5. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stampfmassenschicht (8) und den elektrisch leitenden Ziegeln eine Schicht aus Graphitmasse oder einer anderen leitenden Masse vorhanden ist, die einen elektrischen Kontakt mit den Nägeln oder Stangen (7) oder sonstigen Metallelementen herstellt, die die Stampfmassenschicht durchdringen oder an deren unterem Teil angeordnet sind.

6. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Platte (11) mit einer Luftoder Wasserkühleinrichtung (14) versehen ist.

7· Ofen nach Anspruch 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil des ganzen Ofenbodens oder ein größerer Teil desselben die metallische Platte (11) bildet.

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